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第3课时电能转化为化学能1．通过对电解氯化铜溶液的实验探究，认识电能转化为化学能的装置。2．初步认识电解反应原理，能够正确书写电极反应式。(重点)3．能根据原电池、电解池的构成条件识别原电池、电解池。4．认识电解原理在电解饱和食盐水、电解氧化铝、电镀和铜的电解精炼中的应用，了解可用电解法制备一些活泼金属单质和非金属单质。知识点一电解原理1．电解CuCl2溶液左边碳棒现象：有______物质析出电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu右边碳棒现象：产生________有_______气味的气体，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑红色黄绿色刺激性总反应CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑2.电解的原理(1)电解：电流通过电解质溶液时引起阴、阳两极发生反应的过程。(2)电解池：将能转化为能的装置。(3)电极和电极反应：氧化还原电化学[自我诊断]1．写出工业上制备钠和镁的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑(2)MgCl2(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑知识点二电解的应用1．电解饱和食盐水制备氯气和烧碱电解池的构成：作阳极，铁棒作阴极，作电解质溶液。电解过程中主要的电极反应式为：阳极(碳)：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极(铁)：2H＋＋2e－===H2↑；电解总反应式：2NaCl＋2H2O=====通电Cl2↑＋H2↑＋2NaOH。石墨棒饱和食盐水2．电镀：如镀锌、镀铬等。3．电解精炼铜(1)电解池的构成：①作阳极；②作阴极；③作电解液。粗铜纯铜硫酸酸化的CuSO4溶液(2)电极反应：阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。(3)反应特点：①比铜的金属：以阳离子形式存在于溶液中。②比铜的金属：形成阳极泥。③电解过程中电解质溶液浓度，需及时补充。活泼不活泼减小[自我诊断]2．画出铁质钥匙上镀铜的装置图。答案：要点一电极产物的判断[典例1]如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色[解析]石墨电极为惰性电极，a极为阴极，4H＋＋4e－===2H2↑，阴极附近c(OH－)增大，溶液变蓝；b极为阳极，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阳极附近c(H＋)增大，溶液变红色。[答案]D1．阳极产物“两眼看”第一眼：看电极材料。如果是活性电极(Pt、Au、石墨之外)，则电极材料失电子，电极溶解；如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则溶液中的阴离子失电子。第二眼：看阴离子的还原性(前提：惰性电极)。阴离子还原性(即放电顺序)：S2－Cl－OH－含氧酸根。2．阴极产物“只看一眼”(电极一定不放电)阳离子氧化性(即放电顺序)：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋……。1.某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()①电解过程中，铜电极上有H2产生②电解初期总反应方程式为Cu＋H2SO4=====通电CuSO4＋H2↑③电解一定时间后，石墨电极上有铜析出④整个电解过程中，H＋的浓度不断增大A．①④B．②③C．①③D．②④解析：电解初期，阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：Cu－2e－===Cu2＋总反应：Cu＋2H＋=====通电H2↑＋Cu2＋石墨电极上有H2析出，整个电解过程中H＋浓度不断减小。电解一定时间后，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：Cu－2e－===Cu2＋石墨电极上有铜析出。答案：B要点二电解质溶液复原问题[典例2]用惰性电极电解足量的CuSO4溶液，若电解一段时间后阴极增重6.4g。(1)在阳极收集到标准状况下气体为________L。(2)若恢复原状态，需加________g________。[解析](1)惰性电极电解CuSO4的总方程式为：2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋2H2SO4，故阴极生成Cu为6.4g64g·mol－1＝0.1mol时，阳极得到O2为0.1mol×12×22.4L＝1.12L。(2)若恢复原状态，需加入CuO，质量为：0.1mol×80g·mol－1＝8.0g。[答案](1)1.12(2)8.0CuO电解质溶液电解后恢复原状态的方法：加入电解时“脱离体系的物质”，即“出什么加什么”，如电解NaCl溶液时脱离溶液的是H2和Cl2，若恢复原状态，应通入HCl气体。2．用惰性电极电解下列足量溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，加原溶质能恢复原状态的是()A．CuSO4B．CuCl2C．BaCl2D．H2SO4解析：A项：2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解后加入CuO、CuCO3，CuSO4溶液均能恢复原状，而加CuSO4不能恢复原状；B项：CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑，电解后加入适量CuCl2后溶液可恢复原状态；C项：BaCl2＋2H2O=====通电Cl2↑＋H2↑＋Ba(OH)2，通入HCl可使BaCl2溶液复原，加入BaCl2不能使溶液恢复原状态；D项：2H2O=====通电2H2↑＋O2↑，电解后加水可使溶液恢复原状态。答案：B电解原理的应用[典例]工业上为了处理含有Cr2O2－7的酸性工业废水，采用以下的处理方法：往工业废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题：(1)两极发生反应的电极反应式：阳极：____________、阴极：____________。(2)写出Cr2O2－7变为Cr3＋的离子方程式：___________________________________________________________________________________________________________。(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是______________________________________。(4)铁电极________(填“能”或“不能”)改用石墨电极，原因是_____________________________________________________________________。[解析]阳极Fe失去电子生成的Fe2＋作还原剂，将溶液中有毒的Cr2O2－7还原为Cr3＋，在碱性条件下(溶液中的反应消耗H＋)Cr3＋转化为Cr(OH)3沉淀。[答案](1)Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑(2)Cr2O2－7＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(3)H＋不断放电，Cr2O2－7与Fe2＋反应又不断消耗H＋，打破了水的电离平衡，使溶液中c(OH－)c(H＋)，而呈碱性(4)不能因为用石墨作电极，阳极产生的是Cl2，得不到Fe2＋，缺少还原Cr2O2－7的还原剂，就不能发生Cr2O2－7―→Cr3＋―→Cr(OH)3↓而除去Cr2O2－7[随堂训练]1．用惰性电极Pt电解下列物质的溶液，阴极上有金属析出的是()A．Na2SO4B．NaClC．AgNO3D．KOH答案：C2．某学生欲完成反应2HCl＋2Ag===2AgCl↓＋H2↑而设计了下列四个实验，你认为可行的是()解析：反应2HCl＋2Ag===2AgCl↓＋H2↑不能自发进行，Ag不能自发置换出HCl中的H＋生成H2。要使反应发生，只能设计成电解池，用Ag作阳极，盐酸作电解质溶液即可。答案：C3．下列描述中，不符合生产实际的是()A．电解熔融的Al2O3制取铝，用石墨作阳极B．电解法精炼铜，用纯铜作阴极C．工业上电解饱和食盐水，可制得烧碱、氢气和氯气D．电解氯化镁溶液，可制得镁和氯气解析：电解氯化镁溶液阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，无金属镁生成。工业上通过电解熔融氯化镁制取镁与氯气。答案：D4．从Cu2＋、Na＋、SO2－4、Cl－四种离子中恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：(1)以碳棒为电极，使电解质质量减小，水量不变，进行电解，应采用的电解质是________；(2)以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减少，进行电解，则采用的电解质是________；(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量都减少，进行电解，则电解质是________________。解析：阳极都为惰性电极，(1)中相当于电解溶液中的电解质；(2)相当于电解水；(3)中既电解溶质又电解水。答案：(1)CuCl2(2)Na2SO4(3)NaCl、CuSO4